JP2004505553A

JP2004505553A - 画像感知表示装置

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Publication number: JP2004505553A
Application number: JP2002515807A
Authority: JP
Inventors: マリアン　デ　シッペル
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2004-02-19
Also published as: TW561756B; CN1398486A; EP1308019A2; WO2002011406A3; WO2002011406A2; US6867821B2; HUP0203614A2; US20020030775A1; KR20020064290A; CN1199070C

Abstract

画像感知表示パネルは、表示パネル（３０）及び照明手段を含む画像ディスプレイと、画像センサ（４０）とを具える。反射ＬＣＤ表示パネル（３０）を使用し、前記表明手段の光ガイド（５０）を前記画像センサ（４０）の前面において配置することによって、前記装置は、高い光効率を有し、レンズ手段（１１０，１２０，１３０）を前記装置の構成要素（４０，５０，１００）において集積することができ、結果として、前記装置の小型の構成が得られる。

Description

【０００１】
本発明は、
表示パネルと、前記パネルを照明する照明手段とを含む画像表示部分と、
前記表示パネルの上部において配置され、光電素子の２次元アレイを含む画像感知部分とを具える画像感知表示装置に関する。
本発明は、また、一般的にビデオ通信装置に関し、特にテレビ電話装置、例えば携帯電話装置に関する。
【０００２】
テレビ電話装置は、異なった場所におけるユーザが互いに話すことができるだけでなく、互いの顔を見ることも可能にする通信装置である。このような装置は、ラウドスピーカ、ディスプレイ、マイクロフォン及びカメラを具えるべきである。より古い有線テレビ電話装置の実施例において、前記ディスプレイは陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイであり、前記カメラを前記ＣＲＴの上の中央部分に取り付けた。このような実施例のサイズは、主に前記ＣＲＴのサイズによって決定される。現代のテレビ電話装置の実施例において、前記ディスプレイを、平面表示パネル、例えばＬＣＤパネルによって構成する。このパネルによって表示される映像を、投影スクリーンの背面側において投影することができ、その前面側がユーザによって観察される。前記カメラを前記投影スクリーンの背後に配置し、このスクリーンを、前記カメラが映像を取得する完全透明状態と、前記表示パネルからの映像がユーザに表示される拡散状態との間で切り替えることができる。この装置は、より長い距離から見ることができる比較的大きい映像を与える。
【０００３】
現代の無線及びセルラ、すなわち携帯電話装置は、電話番号、時間及び他のデータを表示する小型の直視型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルを具える。液晶は、映像素子（画素）をオンオフする小さな光学スイッチとして使用するのに好適な材料である。この材料の両端間に電圧を印加すると、その細長い分子の整列及び偏光特性が変化し、結果として、これらを偏光フィルタと共に使用し、電子シャッタを実現することができる。画像を、このような画素の二次元アレイによって表示することができる。
【０００４】
このような装置を、物体の画像を形成し、この画像を電気信号に変換するカメラ機能をこの装置と結合、または、この装置において構築することができるならば、テレビ電話装置として構成することができる。
【０００５】
米国特許出願公開明細書第５３４０９７８号は、固体センサを含むカメラに関係し、光学素子を画像センサの光電素子と関連して使用する種々の配置を記載している。また、表面上に堆積された光電素子のアレイと、前記アレイ上に配置され、光を前記アレイ上に集束させることができる光透過層とを有する基板と、ＬＣＤパネルとを具える画像感知表示パネルも記載されている。この画像感知表示パネルの種々の実施形態が示され、これらの実施形態は、互いに、前記ＬＣＤパネル、光電素子のアレイ及び透過層の相互配置によって異なる。これらの実施形態の各々において、前記ＬＣＤパネルは透過パネルであり、前記照明手段は背面照明手段である。
【０００６】
本発明の目的は、携帯テレビ電話装置又は他の用途に使用する序章において規定した種類の改善された画像感知表示装置を提供することである。この装置は、前記表示パネルを反射パネルとし、前記照明手段を前面照明手段とし、前記光電素子のアレイの前面に配置したことを特徴とする。
【０００７】
携帯又は無線テレビ電話システムは、昼光環境において使用されるべきであり、明るい画像を表示すべきである。反射表示パネルを使用することによって、明るい画像を、比較的低い照明強度と、対応する比較的低い電力消費で得ることができ、これは、携帯又は無線テレビ電話に関してきわめて重要なことでもある。さらに、前記前面照明手段を前記光電素子のアレイの前面に配置したため、前記カメラの撮像素子を、これらの照明手段において収容することができる。
【０００８】
本明細書において、無線テレビ電話装置は、音声信号及び視覚信号を、近くの、又はケーブルネットワークに接続された受信機及び送信機によって送受信するテレビ電話装置であると理解される。携帯テレビ電話装置は、ユーザと共に移動し、音声信号及び視覚信号を、より長い距離において位置してもよい局所送信機と空気を経て送受信するテレビ電話装置である。
【０００９】
前記カメラ機能及び表示機能の１個のモジュールにおける集積は、第１処理及び解釈、ビデオ処理、補正及び符号化のような信号処理を、前記モジュールのオンボードプロセッサによって実行できるという利点を与える。これにより、ボードプロセッサとの莫大な量のデータ通信を避けることができ、これは、電力消費を節約し、データレートを増す。集積の追加の利点は、設計の自由さを増すことである。
【００１０】
前記表示パネルが透明前面パネルを具える画像感知表示手段の第１実施形態は、前記光電素子のアレイを前記前面パネルの下に配置したことを特徴とする。
【００１１】
前記表示パネルが透明前面パネルを具える画像感知表示手段の第２実施形態は、前記光電素子のアレイを前記前面パネルの上に配置したことを特徴とする。
【００１２】
物体又は光景を前記光電素子のアレイ上に結像するカメラレンズ手段を、前記画像感知表示装置の前面に配置した１個のレンズ素子としてもよい。前記照明手段が前面光ガイドを具える画像感知表示手段の好適実施形態は、しかしながら、前記レンズ手段を前記光ガイドにおいて集積したことを特徴とする。
【００１３】
前記前面光ガイドをレンズ手段用キャリヤとして使用することによって、高い程度の集積が可能になり、小型の構造が得られる。
【００１４】
前面光ガイドは、前記画像感知表示装置の前面側において配置された透明材料の平面プレートであり、光源、例えば１個以上のＬＥＤからの光が、１つ以上の側面を経て結合し、平面主要表面において１回以上反射した後、前記ＬＣＤパネルに送られるものであると理解される。
【００１５】
画像感知表示装置の他の好適実施形態は、レンズ手段を前記ＬＣＤパネルの前面プレート上に配置したことを特徴とする。
【００１６】
後者のレンズ手段は、前記光ガイドにおいて集積されたレンズ手段に置き換わってもよく、これらに結合してもよい。後者の場合において、改善された画像を前記光電素子のアレイ上に形成することができる。
【００１７】
前記画像感知表示システムを、前記光電素子のアレイをＣＣＤセンサによって構成したことにおいてさらに特徴付けてもよい。
【００１８】
ＣＣＤ（電荷結合素子）センサは、信頼性において成熟されており、本発明の装置にきわめて好適な高解像度センサである。
【００１９】
代わりに、前記画像感知表示装置を、前記光電素子のアレイをＣ−ＭＯＳ画像センサによって構成したことにおいてさらに特徴付けてもよい。
【００２０】
他の回路網と１個のチップ上に集積することができるという利点を示すＣ−ＭＯＳ画像センサは、本発明の装置にとって魅力的な画像センサである。
【００２１】
前記画像感知表示装置を、前記表示パネルをＬＣＤパネルとしたことにおいてさらに特徴付けてもよい。
【００２２】
高解像度のフルカラーディスプレイとして広く使用されるＬＣＤパネルは、本発明の装置における表示パネルとしてきわめて好適である。
【００２３】
前記ＬＣＤパネルの材料を、コレステリック液晶としてもよい。このような結晶は、所定の可視波長に一致する周期性を有する周期的構造を有する。前記所定の波長の光が反射される第１状態と、第２の透明な状態との間で切り替えることができる。コレステリック液晶ディスプレイは、その情報内容が変化するときにのみ電力を消費し、比較的安定した情報を表示するＬＣＤのより低い電力消費を可能にする。このようなディスプレイは、したがって、携帯装置にきわめて好適である。
【００２４】
実際のビデオ（動画）用途に関して、前記画像感知表示装置を、特に、前記ＬＣＤパネルの材料をねじれネマチック液晶としたことにおいてさらに特徴付けてもよい。
【００２５】
このような液晶は、より高いスイッチングレートを可能にし、結果として、このような液晶を与えた表示パネルは、動画を表示するのにきわめて好適になる。前記液晶を、超ねじれネマチック液晶としてもよく、これは、グレイトーン又はカラーバージョンのいずれかにおいて１８０°ないし３６０°に渡る偏光方向の回転を可能にする。
【００２６】
本発明は、画像表示パネルを含む画像表示手段と、画像センサを含むカメラ手段とを具える画像通信装置にも関する。この装置は、前記画像表示パネル及び画像センサを、上述したような画像感知表示装置によって構成したことを特徴とする。
【００２７】
このような画像通信装置の例は、デスクトップコンピュータ又はノートブックコンピュータの適合された平面モニタである。
【００２８】
本発明は、さらに、音声通信部分及び画像通信部分を具え、前記画像通信部分が、画像表示パネルを含む画像表示手段と、画像センサを含むカメラ手段とを具える、テレビ電話装置にも関する。この装置は、前記画像表示パネル及び画像センサを、上述したような画像感知表示装置によって構成したことを特徴とする。
【００２９】
本発明の利点は、携帯装置として構成されたテレビ電話装置に関して顕著である。
【００３０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施形態の参照によって明らかになるであろう。
【００３１】
図１は、携帯又はセルラ電話装置１の斜視図であり、この前部表面にはキー入力区分３を設ける。この区分は、ダイアル入力及び他の機能に関する多数のボタンスイッチ４を具える。表示装置１０を区分３の上に配置し、アンテナ５を電話１の上部表面において設ける。テンキーダイアルのようなダイアルをボタンスイッチ４から入力した場合、図２に示すように、入力されたダイアルに関する情報を電話１の送信回路７を経てアンテナ５から電話会社の基地局に送信する。
【００３２】
この図は、前記電話の機能のブロック図である。前記入力されたダイアルに関する情報を表示駆動回路９に送り、この表示駆動回路９は、表示装置１０をこの装置が前記ダイアル情報を表示するように駆動する。
【００３３】
慣例的な携帯電話装置にカメラ手段を設け、その回路網を適合させた場合、その能力は相当に増加する。このとき、前記携帯装置をテレビ電話装置として使用することができる。有線装置である元のテレビ電話装置は、二人の離れたユーザの声を聞こえるようにするだけでなく、これらのユーザの顔を互いに見られるようにもする拡張された電話装置として意図されている。この装置を使用し、一方のユーザの側におけるグラフィックス及び他のデータを他方のユーザに見られるようにすることもできる。動画、又はリアルビデオ画像を表示し、インターネットのような世界的な電子情報ネットワークにアクセスする携帯テレビ電話装置を使用することもすでに提案されている。この目的のため、少なくとも前記カメラ手段の画像センサを前記携帯テレビ電話装置内に組み入れるべきであり、これは、表示装置１０を、ＬＣＤパネルのような表示装置のみの代わりに画像感知表示装置とすべきであることを意味する。
【００３４】
前記カメラ機能及び表示機能の１個のモジュールへの集積は、第１処理及び解釈、ビデオ処理、補正及び符号化のような信号処理を、前記モジュールのオンボードプロセッサによって実行できるという利点を与える。これにより、ボードプロセッサとの莫大な量のデータ通信を避けることができ、これは、電力消費を節約し、データレートを増す。集積の追加の利点は、設計の自由さを増すことである。
【００３５】
図３は、分解斜視図であり、本発明による画像感知表示装置２０の構成要素を示す。この装置は、基部から、表示パネル３０、例えばＣＣＤセンサである画像センサ４０、表面照明手段５０、及び、曲面レンズ素子として図式的に示すレンズ手段６０を連続的に具える。これらの構成要素を、Ｚ方向、すなわちユーザの見る方向において並置し、構成要素３０、４０及び５０をケース６５内に集積してもよい。前記構成要素のＸ及びＹ次元と比較してＺ次元は、図３において示すよりかなり小さい。
【００３６】
図４は、慣例的な透過型液晶表示パネル７０の図である。このパネルは、例えばガラスの２つの透明プレート７２及び７３の間に封入された、例えばねじれ型の液晶材料の層７１を具える。駆動電極７５及び７６を、各々のプレートにおいて配置する。少なくとも電極７６を、多数の行及び列に分割し、多数の映像素子すなわち画素を前記表示パネルにおいて規定するようにする。異なった画素を、駆動端子７７及び７８によって図式的に示すようなマトリックス電極を駆動することによって駆動する。したがって、電場を、必要な位置、すなわち画素位置における液晶材料７１の両端間に印加することができる。このような電場は、材料７１の有効屈折率の変化、すなわち、その細長い分子の整列及び偏光特性の変化を引き起こし、所定の画素を通過する光が、関係する画素の位置における局所電場の不在又は存在に応じて、偏光の方向の回転を受ける、又は受けないようにする。電極７５とビューワーの目との間に配置された偏光フィルタ７９によって、前記偏光の変化を強度変化に変換し、前記画素がビューワーに対して可視又は不可視になるようにする。可視及び不可視画素の組み合わせは、急速に、例えば１秒当たり２５又は５０回変化することができる画像を形成する。前記画素が前記行及び列電極の交点によって形成された、又は、前記画素が前記行及び列電極によって直接駆動される表示パネルを、パッシブマトリックスディスプレイと呼ぶ。
【００３７】
パッシブマトリックス表示パネルの代わりに、アクティブマトリックスＬＣＤ（ＡＭＬＣＤ）を使用してもよい。この表示パネルにおいて、駆動電極を、プレート７３において配置されたシリコントランジスタのアレイによって構成する。各々の画素を、ここでは、それ自身のトランジスタ、好適には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって駆動する。双方の形式の表示パネルは、例えば、欧州特許出願公開明細書第０２６６１８４号において記載されている。アクティブマトリックスディスプレイは、すばらしい品質で高解像度のカラー画像を示すことができ、ますます複雑な情報を示すことができる装置に発展している。パッシブマトリックスディスプレイは、製造するのがより容易で、比較的低い電力を消費する。これらのディスプレイは、輝度、画素数及び応答時間に関する要求が控えめな用途に好適である。
【００３８】
ＬＣＤパネルは放射性でない、すなわち、これらは光それ自身を発生しない。代わりに、直視透明ＬＣＤパネルに、図４に示す光源及び平面光ガイド８０を具える背面照明手段を設ける。
【００３９】
本発明の画像感知表示装置において、反射表示パネルを透明パネルの代わりに使用する。反射表示パネルと画像センサとの組み合わせは新しいだけでなく、特に無線装置に、しかしこれだけにではない重要な利点を与える。これらの利点は、光の、したがって、前記照明手段に電力を供給するバッテリのパワーの効率的な使用に関係し、前記装置の構造上の様相にも関係する。
【００４０】
反射ＬＣＤパネルは周囲光を使用し、明るい又は昼光環境において使用する場合、前記パネルの追加の照明が必要ないようにしてもよい。表示された画像におけるコントラストは、画像を形成する反射された光の強度も増加するため、前記周囲光の増加する強度と共に増加し、黒い画素の黒さの程度は変わらない。透明ＬＣＤパネルを、周囲光が増加する環境において使用した場合、表示された画像のコントラストは減少する。このとき、前記背面照明の強度を増加し、十分なコントラストを有する画像を得るべきである。これは、前記背面照明手段がより電力を消費することを意味し、これは、特に、バッテリによって給電される無線装置に関して欠点である。
【００４１】
図５は、図３の画像感知表示装置において使用することができる反射ＬＣＤパネル３０の一実施形態の図である。このパネルは、図４における層７１と同様の液晶層３１を具える。層３１を、図４のプレート７２と同様の透明プレート３２と、第２プレート３３との間に挟む。プレート３２に、１つのカウンタ電極を設け、プレート３３は、各々の画素に関して１個の駆動トランジスタのアレイを載せ、この駆動アレイを層３５によって図式的に示す。プレート３３の前面側３６を反射性とする。この反射パネルは、画像形成光画反射され、透過しない点を除いて、図４の透明パネルと同様に機能する。
【００４２】
図４に示す透明ＬＣＤパネルにおいて、前記光の偏光変調に利用可能な画素の有効領域は、前記画素に関する駆動手段、すなわち、パッシブマトリックスディスプレイに関する行及び列電極、又は、アクティブマトリックスディスプレイにおける駆動トランジスタによって占められる領域によって制限される。これらの部分の存在は、前記表示パネルの解像度、すなわち、単位表面積当たりの画素数に制限を加える。このような領域部分、すなわち、前記画素の有効領域外に入射する光は吸収され、画像形成には使われないため、前記部分は、前記ディスプレイの光効率、すなわち、画像形成に使われる光の量と前記表示パネルに入射する光の量との比と、したがって、表示された画像の輝度にも制限を加える。前記輝度を、よりバッテリパワー消費を伴うが前記パネルに入射する光の強度を増すことによって改善することができ、又は、前記装置の構造が複雑になるが、マイクロレンズアレイのようなレンズ手段を前記パネルに追加し、前記画素の有効領域上に利用可能な光を集中させることによって改善することができる。
【００４３】
しかしながら、上記制限は、前記駆動トランジスタが、液晶層３１の下に配置され、この層の一部を覆わない図５の反射アクティブマトリックスパネルにおいては生じない。ここで、実際的には、前記液晶層の全表面領域を、前記画素の有効領域によって占めることができ、前記パネルは、透明パネル及び反射パッシブマトリックスパネルより高い解像度を有する。さらに、実際的には、前記パネルに入射する光のすべては、反射され、変調され、前記画像の表示に使用される。一般的に、反射ＬＣＤパネルは、透明パネルより高い光効率を有しているが、アクティブマトリックスディスプレイ反射パネルは、より高い解像度と優れた画質のさらなる利点を示す。このようなパネルを有する画像感知表示装置を携帯又は無線電話装置に組み込むことは、この装置を、高品質データグラフィックス及びビデオ画像を表示し、例えば世界的なインターネット又は他の通信ネットワークにアクセスするテレビ電話装置として好適にする。
【００４４】
実際には、前記期待される用途に関する反射ＬＣＤパネルには照明手段を設ける。しかしながら、これらの手段を、必要な場合、すなわち、周囲光が弱すぎる場合にのみスイッチオンしてもよい。透明ＬＣＤパネルに関して、前記背面照明手段を、すべての使用環境の元でスイッチオンし、反射パネルが電力消費に関して透明パネルより効率的になるようにすべきである。
【００４５】
前記画像感知表示装置に使用する前記反射パネル用照明手段は前面照明手段であり、この前面照明手段は、前記画像センサの前面において配置された平面光ガイドを具える。この構造は、カメラレンズ素子を前記前面光ガイド又は画像感知表示装置において集積する可能性を与える。前記照明手段の光源を、前記装置の表示モードにおいてのみスイッチオンし、カメラモードにおいてスイッチオンしないことは明らかであろう。
【００４６】
前記前面照明手段は、見る方向、すなわち図２のＺ方向において、互いに後に２つの主要な平面表面を有し、結果として、これらのうち一方又は双方の表面にレンズ構造を設けることができる。
【００４７】
前記前面照明手段５０の一実施形態の断面図である図６は、この手段の原理を説明する。前記前面照明手段は、例えばガラス又は透明プラスチックの透明光ガイドプレート８１を具える。図６は、このプレートの一部のみを示す。プレート８１は、前記画像センサ（図６において示さず）と向かい合った下側主要平面表面８５と、上側主要平面表面８６と、図６においてそのうちの１つ８８のみを示す４つの横側表面とを有する。少なくとも１つの光源９０を、前記横側表面の少なくとも１つと反対側に配置する。このプレートに、多数の散乱素子９３を設ける。光源９０からの光線９１は、プレート８１を、横側表面８８を経て入り、散乱素子９３に達する前に、光線の方向に応じて、１回、２回又はそれ以上全反射される。このような素子は、入射する光を異なった方向に反射する。光線９５によって示す反射された光の一部は、前記プレートの下側主要表面８５を通過してＬＣＤパネル３０に伝播するような方向を有する。前記反射された光の残りは、他の散乱素子９４に達するまで、プレート８１においてさらに伝播する。この素子によって反射された光の一部は、プレート８１の下側主要表面を通過し、残りは、前記プレート中をさらに伝播する。これは、横側表面８８を経て前記プレートに入った実際的にすべての光が前記プレートに結合され、ＬＣＤパネル３０に向かって方向付けられるまで続く。このプロセスは、前記プレートの入射面と反対側の横側を反射性に形成した場合、強まる。破線９８によって示す反射器を光源９０の周囲に配置し、前記プレートに入る光源光の量を増してもよい。例えば、前記光源をパラボラ反射器において配置し、前記プレートの入射側面に対抗して配置してもよい。
【００４８】
背面照明手段、すなわち、透明パネルの後ろ側を照明する手段に関して、種々の実施形態が、例えば、米国特許出願５８１６６７７号及び欧州特許出願公開明細書第０８８１４２６号から既知である。背面照明手段に関する既知の特徴を、前面照明手段にも使用することができる。例えば、前記光源を、前記光ガイドプレートのある側面において配置された光チューブとしてもよく、又は、このようなチューブを２個以上、前記プレートの異なった側面において配置してもよい。前記プレートを取り囲む曲がったチューブを使用することもできる。バックライト用のこのようなチューブは、米国特許出願５６１９３５１号において記載されている。小さい画像検知表示装置に関して、前記光源を発光ダイオード、すなわちＬＥＤとするのが好適である。低電力消費及び長寿命の明るく小さいサイズのＬＥＤは、今日、異なった色において利用可能である。カラー画像検知表示システムに関して、原色赤、緑及び青を発光する３つのＬＥＤの１つ以上の組を使用してもよい。図３は、３つのＬＥＤ５２、５３及び５４の１つのこのような組を示す。前面照明に関して、慣例的なＬＥＤを使用することができる。他の選択肢は、ビデオ画像を表示するこれらの能力の点において、２００１年７月１８日現在開発されている、ポリマ材料を具えるＬＥＤ又は有機材料を具えるＬＥＤを使用することである。
【００４９】
散乱素子９１、９４等を、球体、ブロック又は平面要素の部分によって構成してもよい。光源を光ガイドプレート５０の反対の側の表面において配置した場合、これらの散乱素子をこのプレートの平面上側表面８０において均一に分散し、表面８５を経て前記プレートを離れる光が必要な均一の強度を示すようにしてもよい。１個以上の光源をプレート５０の１つの側面のみにおいて配置した場合、前記均一な強度を、前記光入射面から反対側の面まで、前記散乱素子の密度を増すことによって、すなわち、単位表面積あたりのこれらのような素子の数を増すことによって得ることができる。前記光がＹＺ面及びＸＺ面の双方を経てプレート５０に入る場合、Ｘ方向及びＹ方向の双方において、前記散乱素子の密度がこれらの面から反対側の面まで増加するように配置することができる。プレート５０から離れる光の均一な強度を、前記散乱素子の特性、例えば、これらの寸法又はこれらの散乱パワーを適合させ、前記光入射面の位置において前記反対側の面におけるより散乱が少なく発生するようにして得ることもできる。ある状況の下で、前記ディスプレイパネルを照明する光が均一に分布しないことが好適であるかもしれない。このような必要な不均一照明を、前記散乱素子の密度及び／又はこれらの散乱特性を適合させることによって得ることができる。
【００５０】
図３における画像センサ４０は、基板上に光電素子の二次元アレイを具えるいわゆる固体センサである。前記基板を、シリコン半導体基板としてもよい。前記光電素子のアレイを、既知のＣＣＤ（電荷結合素子）、光の入射に応じて放電するメモリセルのアレイ、ＣＭＯＳアレイ、又は、光の入射に応じてその状態が変化するか信号又は信号差を発生する何か他の好適な装置としてもよい。例えば、文献、コンシューマエレクトロニクスにおけるＩＥＥＥ議事録、Ｖｏｌ．４６、Ｎｏ．１、２０００年２月、６８〜７５ページにおける“ＣＭＯＳ画像センサ用リアルタイム拡張プリプロセッサの設計”に記載されているようなＣＭＯＳ画像センサを使用してもよい。前記光電素子のアレイは、数百又は数千の行及び列を具えてもよく、正方形又は長方形の形状を有してもよい。前記素子を、等間隔に配置してもよく、又は、ある行又は列の前記要素を、隣接する行又は列の前記要素からオフセットしてもよい。前記画像感知アレイは、前記表示パネル状に表示される画像が前記アレイを通して見られるように十分な透過率を有する。
【００５１】
画像感知アレイ４０を、前記ＬＣＤパネルにおいて、すなわち、このパネルの前面ガラスにおいて配置してもよい。しかしながら、前記画像感知アレイを前記前面ガラスの下側において配置することもできる。これらの実施形態を、各々図７ａ及び７ｂにおいて図式的に示し、ここで、前記前面ガラスを参照符１００によって示す。
【００５２】
前記画像感知表示装置に、被写体、シーン又はコンピュータデータ（グラフィックス）を前記画像感知アレイ上に映すレンズ手段を設けるべきである。このようなレンズ手段を、図４に示すように、前記装置の前面において取り付けたレンズ素子６０と分離することができる。しかしながら、前記装置の構成は、前記必要なレンズ手段の集積と、他のレンズ手段の追加が、前記装置を実際的に拡張又は複雑にすることなしに可能である。図８に示すように、平面対物レンズ１１０を、図７ａの実施形態における光ガイド５０の上部表面において設けてもよい。動作が屈折の替わりに回折に基づくこのようなレンズを、フレネルレンズとしてもよい。図９は、このようなフレネルレンズの上面図である。このレンズ構造を、透明な中央の円形部分１１２と、多数の交互の不透明リング１１５及び透明リング１１３とによって構成し、前記不透明リング及び透明リングの各々の幅及び相互間隔は、中心から周辺に向かって減少する。この振幅構造の替わりに、前記フレネルレンズは、位相構造を有してもよい。後者の構造は、交互に第１位相シフト、例えば０°と、第２位相シフト、例えば１８０°を、これらを通過するビーム部分に導入するリングから成る。異なったリングからの前記ビーム部分は、構造的に、前記フレネルレンズの焦点面において互いに干渉し、全体の結果は、屈折レンズと匹敵するようになる。明瞭にするために、図８及び９において、少数のリングのみを示し、実際には、リングの数は大幅により多い。平面レンズ１１０を、光ガイド５０の下側表面５４において、又は、画像センサ４０の上側表面４２において配置してもよい。
【００５３】
図１０に示すように、平面対物レンズ１１０を、前記光ガイドの下側表面５４において配置してもよい。前記平面レンズを、画像センサ４０の上側表面４２において配置することもできる。また、図７ｂの実施形態において、平面対物レンズを、光ガイド５０の上側表面及び下側表面のいずれかにおいて、又は、前記組み合わされた表示及び画像感知パネルの前面ガラス１００において配置することができる。
【００５４】
第２平面レンズを、図７ａ及び７ｂの画像感知表示装置において、前記第１平面レンズを載せた表面以外の表面において配置してもよい。このような第２レンズは、前記第１レンズのレンズ収差を補正することができる。
【００５５】
新たな画像感知表示装置は、前記画像感知アレイの前面において３つの表面、すなわち、光ガイド（５０）の上側表面（５２）及び下側表面（５４）と、画像センサ４０（図７ａ）の上側表面又は前面ガラス１００（図７ｂ）のいずれかとを具えるため、原理的には、この装置に３つのレンズ構造を設けることができる。これらの構造のうち２つ又は３つをマイクロレンズ構造としてもよく、これらを使用し、前記画像感知アレイの光電素子への入射光を集中させることができる。図１１は、光ガイド５０の上側表面５２において第１平面レンズ１１０と、前記光ガイドの下側表面５４において第２平面レンズ１２０と、画像センサ４０の上側表面においてマイクロレンズ構造とを具える画像感知表示装置の一実施形態を示す。
【００５６】
図１２は、画像センサ４０の上部におけるマイクロレンズ構造１３０の一実施形態の斜視図である。このセンサの光電素子を、参照符４６によって示す。前記マイクロレンズ構造は、光電素子ごとに１つのレンズを具えてもよい。各グループの３つの素子を、異なった色（赤、緑又は青）の光を受けるように割り当てたカラーカメラの場合であってもよい、前記光電素子を３のグループにおいて配置した場合、１つのマイクロレンズを３つの素子の各グループに与えてもよい。マイクロレンズ１３３を、反射性素子としてもよく、薄いプレート１３１における球状のくぼみ又は球状の凹凸によって構成してもよい。好適には、前記マイクロレンズ又は平面回折素子を、前記画像センサの前面表面において集積する。
【００５７】
レンズ構造の数及びレンズ構造の種類、フレネルレンズ又はマイクロレンズ、前記レンズ構造を前記３つの表面のいずれにおいて集積するかを、要求される画質によって決定する。
【００５８】
表示パネル３０における液晶を、いわゆるコレステリック液晶としてもよい。前記コレステリック液晶の横断面において、その分子構造は、可視光の波長に一致する周期性を有するらせん構造である。このような液晶のＬＣＤ画像プロジェクタにおける偏光及びカラーフィルタとしての使用は、５月１５〜１７日のラスベガスのＳＩＤ会議において紹介された文献、“新規の偏光液晶カラープロジェクタ及び新たなＴＮ−ＬＣＤ動作モード”において記載されている。コレクテリック液晶は、２つの状態において安定するという利点を有する。一方の状態において、所定の層表面領域（画素）に属する分子の向きは、一致する波長を有する光がこれらの領域によって反射されるようになる。この状態において、前記領域は、微視的な干渉フィルタを形成する。第２状態において、前記液晶は、有意な干渉を発生するには小さすぎる領域を有し、結果として、前記層は透明になる。電圧パルスの適切な列によって、前記コレステリック液晶層をこれらの２つの状態間で切り替えることができる。これらの２つの状態間には有意なエネルギーバリアが存在するため、前記ディスプレイは、双安定の動作を示し、前記ディスプレイは、印加された電圧がスイッチオフされた場合も前記画像を保持する。コレステリック液晶ディスプレイは、したがって、これらの情報内容を変化させた場合にのみ電力を消費し、携帯電話におけるような比較的安定した情報を表示するディスプレイのより低い電力消費を可能にする。ディスプレイにおけるコレステリック液晶材料の使用は、これらのディスプレイが紙のように光をより多く反射し、これによって画質が改善するという利点を有する。コレステリック液晶ディスプレイを、各々赤、青及び緑波長に一致する異なった周期性を有する３つのコレステリック層を積み重ねることによって、カラー画像を表示するのに好適に形成することができる。
【００５９】
リアルビデオ（動画）用途に関して、好適には、前記ＬＣＤパネルの材料をねじれネマチック（ＴＮ）液晶とし、前記表示パネルをアクティブマトリックス（ＡＭ）ディスプレイとする。このような液晶は、より高いスイッチングレートを可能にし、結果として、このような液晶を与えられたディスプレイパネルは、動画を表示するのにきわめて好適になる。前記液晶を、グレイトーン又はカラーバージョンのいずれかにおいて１８０°ないし３６０°に渡る偏光方向の回転を可能にする超ねじれネマチック液晶としてもよい。また、ＡＭディスプレイは、パッシブマトリックスディスプレイよりよいビデオ能力を有する。特に、本画像感知表示装置におけるいわゆるＬＴＰＳ　ＡＭ　ＬＣＤの使用は、きわめて期待させるように思われる。ＣＭＯＳカメラ、画素スイッチ、ドライバ、インタフェース回路網及び論理回路網を、このＬＣＤのガラスにおいて集積してもよい。頭字語ＬＴＰＳは、低温シリコンを意味し、このＬＣＤパネルの製造方法と、このＬＣＤパネルにおいて使用される基板材料とに関する。
【００６０】
本発明の画像感知表示装置を、携帯テレビ電話装置においてだけでなく、図１３に示すような無線テレビ電話装置１４０においても使用することができる。この図において、１４２は、電話又はケーブルネットワーク１４３に接続された基地局であり、１４３は、例えば前記基地局から１００ｍ未満の領域内で使用することができる携帯装置である。装置１４３は、キー区分１４５と、上述したように構成された画像感知表示装置１４７とを具える。携帯及び無線テレビ電話装置に関して、前記画像感知表示装置の小型さ、すなわち小さな深さと、この装置の最少の電力消費とは、重要な特徴である。
【００６１】
これは、図１４に示すノートブックとして知られる小型コンピュータ１５０に関する場合もそうである。この図において、１５１は、異なったモジュール及びキーボード１５３を収容するベース部分である。参照符１５５は、モニタ部分を示し、このモニタ部分は、慣例的に表示機能のみを有する。前記モニタを上述したように構成した場合、カメラ機能も有する。本発明を、“パームトップ”装置として知られるハンドヘルドコンピュータにおいて実現してもよい。この装置の慣例的なディスプレイを本発明の画像感知ディスプレイによって置き換えることによって、前記装置にカメラ機能を拡張することができる。
【００６２】
図１５は、キーボード１６１、コンピュータボックス１６４及びモニタ１６５を具えるデスクトップコンピュータ１６０を示す。前記モニタを、支持部１６６において固定された平面ＬＣＤモニタとする。参照符１６７は、上述したように構成された画像感知表示装置を示し、結果として、慣例的な表示機能に加え、前記モニタはカメラ機能も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像感知表示装置を実現することができる携帯テレビ電話装置を示す。
【図２】この装置の機能のブロック図である。
【図３】本発明の画像感知表示装置の一実施形態を示す。
【図４】透明ＬＣＤパネルの原理的な回路図である。
【図５】反射ＬＣＤパネルの原理的な回路図である。
【図６】反射ＬＣＤパネルと共に使用すべき照明手段の一実施形態を示す。
【図７】ａ及びｂは、本発明の画像感知表示パネルの２つの実施形態を示す。
【図８】光ガイドの上側表面において平面レンズを有するこのような装置を示す。
【図９】フレネルレンズの上面図である。
【図１０】光ガイドの下側表面において平面レンズ構造を有する画像感知表示装置を示す。
【図１１】２つの平面レンズ構造とマイクロレンズ構造とを有する画像感知表示装置を示す。
【図１２】マイクロレンズ構造を有する画像センサを示す。
【図１３】画像感知表示装置を設けた無線テレビ電話装置を示す。
【図１４】画像感知表示装置を設けたノートブックを示す。
【図１５】画像感知表示装置を設けたデスクトップコンピュータを示す。

Claims

画像表示パネル及びこのパネルを照明する照明手段を含む画像表示部分と、
前記表示パネルの上部において配置され、光電素子の二次元アレイを含む画像感知部分とを具える画像感知表示装置において、前記表示パネルを反射パネルとし、前記照明手段を、前記光電素子のアレイの前面において配置された前面照明手段としたことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１に記載の画像感知表示装置において、前記表示パネルが透明前面プレートを具え、前記光電素子のアレイを前記前面プレートの下に配置したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１に記載の画像感知表示装置において、前記表示パネルが透明前面プレートを具え、前記光電素子のアレイを前記前面プレートの上に配置したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１、２又は３に記載の画像感知表示装置において、前記照明手段が前面光ガイドを具え、レンズ手段を前記光ガイドにおいて集積したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１、２又は３に記載の画像感知表示装置において、レンズ手段を前記表示パネルの前面プレートにおいて配置したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像感知表示装置において、前記光電素子のアレイをＣＣＤセンサによって構成したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像感知表示装置において、前記光電素子のアレイをＣ−ＭＯＳ画像センサによって構成したことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像感知表示装置において、前記表示パネルをＬＣＤパネルとしたことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項８に記載の画像感知表示装置において、前記ＬＣＤパネルの材料をコレステリック液晶としたことを特徴とする画像感知表示装置。
請求項８に記載の画像感知表示装置において、前記ＬＣＤパネルの材料をねじれネマチック液晶としたことを特徴とする画像感知表示装置。
画像表示パネルを含む画像表示手段と、画像センサを含むカメラ手段とを具える画像通信装置において、前記画像表示パネル及び画像センサを、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の画像感知表示装置によって構成したことを特徴とする画像通信装置。
音声通信部分及び画像通信部分を具え、前記画像通信部分が、画像表示パネルを含む画像表示手段と、画像センサを含むカメラ手段とを具える、テレビ電話装置において、前記画像表示パネル及び画像センサを、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の画像感知表示装置によって構成したことを特徴とするテレビ電話装置。
携帯装置として構成した請求項１２に記載のテレビ電話装置。